CN102423505B - 膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置及方法。所述装置包括贮存反应液的贮液罐，固定人工生物瓣的固定夹具，渗透汽化膜组件，反应室和真空泵，所述固定夹具定位于反应室内部；所述渗透汽化膜组件定位于反应室内部，位于固定夹具的上游；所述贮液罐在反应室的上游连接到反应室；所述真空泵在反应室的下游与反应室相连。所述方法包括以下步骤：将人工生物瓣一端固定在所述装置的固定夹具上，另一端自由下垂；开启真空泵；开启渗透汽化膜组件，使得汽化的反应液进入反应室并渗透通过渗透汽化膜组件到达人工生物瓣；使人工生物瓣在反应室中反应一段时间。

Description

膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法及装置

技术领域

本发明涉及一种固定人工生物瓣的装置。另一方面，本发明还涉及一种固定人工生物瓣的方法。

背景技术

在人工生物瓣的化学改性剂中，戊二醛是一种经典的固定交联剂，其被广泛应用于各种人工生物瓣材料的鞣制和保存。目前固定人工生物瓣的通用的方法是普通化学溶剂法，其中人工生物瓣在液态的环境下进行化学反应。但是，戊二醛有副作用，即由戊二醛所产生的游离醛基具有细胞毒性作用，在引起人工生物瓣钙化的同时导致大量组织基质丢失，改变了其生物力学特性，导致术后的人工生物瓣衰败。

目前改善由上述原因导致的人工生物瓣的衰败主要是通过筛选更合适的戊二醛浓度、处理时间和交联固定的压力。但是，交联固定时的组织内压力可影响人工生物瓣叶片内部的构型，损害胶原结构，甚至造成胶原纤维崩解，从而影响人工生物瓣的寿命与耐久性。因此，应尽量采用零压或低压固定，并且采用弹性瓣架，以保证人工生物瓣的叶片组织的完整性和减轻应力损伤。

耐久性差是人工生物瓣的最主要弱点，因此提高人工生物瓣的耐久性是研制生物瓣的根本方向。

Cheul Lee，Soo Hwan Kim，Seung-Hwa Choi，Yong Jin Kim.等人的文献“High-concentration glutaraldehyde fixation of bovine pericardium inorganic solvent and post-fixation glycine treatment：in vitro materialassessment and in vivo anticalcification effect”，Eur J Cardiothorac Surg，2011，39：381-387分析了戊二醛浓度、处理时间和交联固定的压力对于人工生物瓣的影响，并对人工生物瓣进行了力学性能和防钙化方面的实验。该文献采用的是普通化学溶剂法。

James D.Olson的文献“The vapor pressure of pure and aqueousglutaraldehyde”，Fluid Phase Equilibria，1998，150-151：713-720分析了不同浓度的戊二醛溶液在不同压力下的挥发速度，显示出戊二醛具有比较好的挥发性。该文献提出挥发性的戊二醛也可以对人工生物瓣进行化学改性。但是，该文献未对戊二醛的挥发速度进行控制。

上述文献公开的人工生物瓣在耐久性方面仍存在缺陷。此外，在普通化学溶剂法中，随着反应时间的加长，溶液溶度会存在一个衰减的现象。而且，在反应结束后残余的溶液存在处理方面的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法及装置，以克服现有技术存在的上述缺陷。

第一方面，本发明提供一种膜式渗透汽化式固定人工生物瓣装置，包括贮存反应液的贮液罐，反应室，固定人工生物瓣的固定夹具，渗透汽化膜组件和真空泵。所述固定夹具定位于反应室内部；所述渗透汽化膜组件定位于反应室内部，位于固定夹具的上游；所述贮液罐在反应室的上游连接到反应室；所述真空泵在反应室的下游与反应室相连。通过真空泵和渗透汽化膜组件的共同作用使得贮液罐中的反应液发生汽化作用，使汽化的反应液渗透通过膜组件到达固定夹具上的人工生物瓣，从而使人工生物瓣发生化学改性反应。

优选地，本发明的装置还包括机架，贮液罐、反应室和真空泵均固定于机架上，其中真空泵可固定于机架的底部。

根据本发明，渗透汽化膜组件包括平板式渗透汽化膜组件，中空纤维式渗透汽化膜组件，卷式渗透汽化膜组件中的一种或多种。

优选地，本发明的装置还包括：搅拌电机，搅拌杆和搅拌叶片，所述搅拌杆固定于搅拌电机的端部；所述搅拌叶片固定于搅拌杆上。通过搅拌电机带动搅拌杆和搅拌叶片来搅拌贮液罐中的反应液，使贮液罐中的反应液的浓度保存均一。所述搅拌电机可固定于机架的上方。

优选地，本发明的装置还包括旋转盘和旋转电机，所述旋转盘固定于旋转电机的端部并位于反应室内部；所述固定夹具固定在旋转盘上。通过旋转电机调节旋转盘的转速使得化学改性反应进行得更加均匀。所述旋转电机可固定于机架的顶部。

优选地，本发明的装置还包括加热模块组件，所述加热模块组件分别固定于贮液罐和反应室的外围，以促进反应液汽化。

优选地，本发明的装置还包括气液分离器和残液罐，所述气液分离器在反应室的下游与反应室相连并继而与真空泵相连，用于将离开反应室的反应液与空气分离，以便进一步处理；所述残液罐在渗透汽化膜组件的下方与反应室相连，以收集反应后残余的溶液。

第二方面，本发明提供一种利用上述装置膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法，包括以下步骤：将人工生物瓣一端固定在本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置的固定夹具上，另一端自由下垂；开启真空泵；开启渗透汽化膜组件，使得汽化的反应液进入反应室并渗透通过渗透汽化膜组件到达人工生物瓣；使人工生物瓣在反应室中反应一段时间。所述反应液包括戊二醛溶液。

优选地，本发明的方法还包括以下步骤：开启搅拌电机，带动搅拌杆和搅拌叶片来搅拌贮液罐中的反应液，使得贮液罐中的反应液的浓度保存均一。

优选地，本发明的方法还包括以下步骤：开启旋转电机。通过旋转电机调节旋转盘的转速使得化学改性反应进行得更加均匀。

优选地，本发明的方法还包括以下步骤：开启加热模块组件，以促进反应液汽化。

优选地，根据本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法的工艺参数范围如下：膜组件渗透速率为20～180g/(m²·小时)；反应室的压力为0～5000Pa；戊二醛溶液浓度为0.5～50％；搅拌杆转速为0～200rpm；旋转盘转速为0～200rpm。

本发明的装置及方法通过采用膜式渗透汽化法而使得戊二醛单体以恒定的速率进入人工生物瓣的反应区域，同时使得人工生物瓣的反应区域处在低压环境下，确保了人工生物瓣在化学改性过程中处在一个含有恒定戊二醛浓度和低压环境的反应区域中。本发明的装置及方法不仅加快的人工生物瓣的化学改性处理时间，还可以使得人工生物瓣在化学改性过程中能较好地保持人工生物瓣的胶原纤维纹理结构，从而提高了人工生物瓣的整体耐久性。

而且，根据本发明的装置及方法，人工生物瓣在气态的环境下进行化学反应，化学反应渗透性更好，反应速率和效率更高。在普通化学溶剂法中，随着反应时间的加长，溶液溶度会存在一个衰减的现象，而本发明的装置及方法在汽化反应液(戊二醛)的同时，使得进入反应区域的化学改性剂的浓度等性质永远是恒定的。而且，在普通化学溶剂法中，由于溶液浓度随时间衰减，因而反应液的利用效率不高，此外残余的溶液在反应结束后存在处理方面的问题，而本发明装置及方法通过汽化反应液，最大化反应液的利用效率，1ml的反应液可以汽化成10mm²的反应面积，而且残液的处理问题也大大减小。同时，由于反应渗透率的提高，反应进程也大大加快。

此外，本发明的方法及装置在人工生物瓣的化学改性方面明显优于现有技术。

附图说明

图1为本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置结构示意图。

附图标记列表

1：机架；2：搅拌电机；3：搅拌杆；4：搅拌叶片；5：加热模块组件；6：旋转电机；7：残液罐；8：旋转盘；9：固定夹具；10：加热模块组件；11：气液分离器；12：真空泵；13：反应室；14：渗透汽化膜组件：15：贮液罐。

具体实施方式

下面参照附图详细说明本发明的装置及方法。实施例是对本发明的进一步说明，而不是限制本发明的范围。

为了便于描述，这里使用了术语“上游”和“下游”，“上游”和“下游”参照的是在本发明中的反应液(如戊二醛)的流动方向。

图1为本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置结构示意图。如图1所示，本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置包括机架1，搅拌电机2，搅拌杆3，搅拌叶片4，加热模块组件5、10，旋转电机6，残液罐7，旋转盘8，固定人工生物瓣的固定夹具9，气液分离器11，真空泵12，反应室13，渗透汽化膜组件14和贮存戊二醛溶液的贮液罐15。所述反应室和贮液罐15均固定于机架1上；所述贮液罐15在反应室13的上游与反应室13相连；所述搅拌电机2固定于机架1的上方；所述搅拌杆3固定于搅拌电机2的端部；所述搅拌叶片4固定于搅拌杆3上并定位于贮液罐15内；所述加热模块组件5和10分别固定于贮液罐15和反应室13的外围，用于促进反应液汽化；所述旋转电机6固定于机架1的顶部；所述旋转盘8固定于旋转电机6的端部并位于反应室15的内部；所述固定夹具9固定在旋转盘8上；所述渗透汽化膜组件14定位于反应室13的内部，位于固定夹具9的上游；所述残液罐7位于渗透汽化膜组件10的下方，与反应室13相连，以收集反应后残余的溶液；所述气液分离器11与反应室13在反应室13的下游相连，以将离开反应室13的反应液与空气分离，以便进一步处理；所述真空泵12在下游与气液分离器11相连并固定于机架1的底部。

本发明装置的合适的工艺参数范围如下：

实例1：普通化学溶剂法

将人工生物瓣放置在0.625％的戊二醛溶液中10天。对放置在戊二醛溶液中的人工生物瓣采用回旋振荡的方式进行处理，转速为125rpm。

实例2：本发明

将人工生物瓣一端固定在本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置的固定夹具9上，另一端自由下垂。通过搅拌电机2带动搅拌杆3和搅拌叶片4来搅拌贮液罐15中的2％戊二醛溶液，同时开启真空泵12使得反应室13的压力为20Pa。接着，开启渗透汽化膜组件14，使得汽化的戊二醛进入反应室13并渗透通过膜组件14到达人工生物瓣，膜组件渗透速率稳定在50g/(m²·小时)左右。使人工生物瓣在反应室13中反应14小时，在反应过程中通过旋转电机6调节旋转盘8的转速为120rpm。

表1显示了采用根据本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置与采用根据现有技术的化学溶液浸没人工生物瓣的工艺制备的人工生物瓣的力学性能比较。从表1中可以清楚地看到，采用根据本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置制备的人工生物瓣的力学性能有较大提高。此外，采用根据本发明的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置制备的人工生物瓣的处理进程大大加快。

表1

本发明的渗透汽化膜组件10包括平板式渗透汽化膜组件，中空纤维式渗透汽化膜组件，卷式渗透汽化膜组件中的一种或几种。膜组件的结构是本领域中的公知的，在此不再详述。

本发明采用膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置和方法，可以使得戊二醛单体以恒定的速率进入人工生物瓣的反应区域，同时使得人工生物瓣的反应区域处在低压环境下，使得人工生物瓣在化学改性过程中能较好地保存人工生物瓣的胶原纤维纹理结构。根据本发明的装置和方法不仅加快人工生物瓣的化学改性处理时间，而且能够在化学改性过程中较好得保护人工生物瓣的胶原纤维纹理结构，从而使制得的人工生物瓣具有更好的整体耐久性。

在以上描述中，本发明的方法和装置采用的是戊二醛作为化学改性剂。但是，本发明的装置及方法同样适用于其他化学改性剂，如甲醛和乙醛等。

本领域技术人员可以理解，以上描述只是示例性的。在不背离发明的思想和范围的情况下，本领域技术人员可以对本发明作出多种修改和变化。

Claims (9)

1.一种膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置，其特征在于包括贮存反应液的贮液罐、固定人工生物瓣的固定夹具、渗透汽化膜组件、反应室、真空泵、气液分离器和残液罐，所述固定夹具定位于所述反应室内部；所述渗透汽化膜组件定位于所述反应室内部，位于所述固定夹具的上游；所述贮液罐在所述反应室的上游连接到所述反应室；所述真空泵在所述反应室的下游与所述反应室相连，所述气液分离器在所述反应室的下游与所述反应室相连并继而与所述真空泵相连，用于将离开所述反应室的反应液与空气分离；所述残液罐在渗透汽化膜组件的下方与所述反应室相连，以收集反应后残余的溶液。

2.如权利要求1所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置，其特征在于，渗透汽化膜组件包括平板式渗透汽化膜组件，中空纤维式渗透汽化膜组件，卷式渗透汽化膜组件中的一种或多种。

3.如权利要求1或2所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置，其特征在于，所述装置还包括：搅拌电机，搅拌杆和搅拌叶片，所述搅拌杆固定于搅拌电机的端部；所述搅拌叶片固定于搅拌杆上，通过搅拌电机带动搅拌杆和搅拌叶片来搅拌贮液罐中的反应液。

4.如权利要求1或2所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置，其特征在于，所述装置还包括旋转盘和旋转电机，所述旋转盘固定于旋转电机的端部并位于反应室内部；所述固定夹具固定在旋转盘上，通过旋转电机调节旋转盘的转速。

5.如权利要求1或2所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的装置，其特征在于，所述装置还包括加热模块组件，所述加热模块组件分别固定于贮液罐和反应室的外围，用以促进反应液汽化。

6.利用如权利要求1-5中任一项所述的装置膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法，其特征在于包括以下步骤：将人工生物瓣一端固定在所述装置的固定夹具上，另一端自由下垂；开启真空泵；开启渗透汽化膜组件，使得汽化的反应液进入反应室并渗透通过渗透汽化膜组件到达人工生物瓣；使人工生物瓣在反应室中反应一段时间，其中所述反应液包括戊二醛溶液。

7.如权利要求6所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法，其特征在于，还包括以下步骤：开启搅拌电机，带动搅拌杆和搅拌叶片来搅拌贮液罐中的反应液。

8.如权利要求6所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法，其特征在于，还包括以下步骤：开启旋转电机，通过旋转电机调节旋转盘的转速。

9.如权利要求6-8中任一项所述的膜式渗透汽化式固定人工生物瓣的方法，其特征在于，在以下工艺参数范围内执行所述方法：膜组件渗透速率为20～180g/(m2·小时)；反应室的压力为0～5000Pa；戊二醛溶液浓度为0.5～50％；搅拌杆转速为0～200rpm；旋转盘转速为0～200rpm。